導(dǎo)引頭點(diǎn)頻源多套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李茂，汪子琦，陸麗琴，何正宣

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川成都，610036）

0 引言

點(diǎn)頻源模塊廣泛應(yīng)用在通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子偵察、干擾和抗干擾、宇航、衛(wèi)星通信、遙測(cè)、遙控、廣播、電視以及現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器儀表等無(wú)線電技術(shù)領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子對(duì)抗武器裝備的重要組成部分。導(dǎo)引頭點(diǎn)頻源主要為信號(hào)處理器、數(shù)字處理器提供參考基準(zhǔn)信號(hào)，為導(dǎo)引頭接收機(jī)的本振信號(hào)提供時(shí)鐘信號(hào)，是構(gòu)成導(dǎo)引頭的關(guān)鍵部件，它的性能優(yōu)劣直接影響到導(dǎo)引頭的整體性能[1-3]。

首先，點(diǎn)頻源作為導(dǎo)引頭的核心部件，其測(cè)試覆蓋性要求高，測(cè)試指標(biāo)項(xiàng)目多，包括輸出頻率、輸出功率、雜波抑制、諧波抑制、相位噪聲等等，各指標(biāo)項(xiàng)測(cè)試頻率點(diǎn)多，因此其測(cè)試過(guò)程復(fù)雜。其次，由于導(dǎo)引頭點(diǎn)頻源對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性要求高，在生產(chǎn)過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)多次環(huán)境篩選試驗(yàn)，在各個(gè)工序均需要進(jìn)行全程加電測(cè)試，這種多工序多指標(biāo)的測(cè)試要求，使得人工手動(dòng)測(cè)試點(diǎn)頻源的難度大、時(shí)間長(zhǎng)、工作量大、頻繁更換測(cè)試射頻電纜易出錯(cuò)。最后，由于近年來(lái)產(chǎn)量的提升，儀器、設(shè)備等資源已無(wú)法滿足要求，需要利用其中一套產(chǎn)品的等待時(shí)間完成另外幾套產(chǎn)品的測(cè)試，即一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)需要由測(cè)試一套產(chǎn)品優(yōu)化為測(cè)試多套產(chǎn)品。

基于以上分析，手動(dòng)測(cè)試的方式已無(wú)法滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需求，急需開發(fā)針對(duì)點(diǎn)頻源的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)頻源的多套自動(dòng)測(cè)試，提升生產(chǎn)效率，以滿足客戶對(duì)于質(zhì)量和交付期的要求。

1 系統(tǒng)硬件組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)硬件組成

導(dǎo)引頭頻率源多套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由頻譜分析儀、信號(hào)源、多路直流電源、測(cè)試計(jì)算機(jī)、GPIB卡、PCI-96通道數(shù)字IO卡、單刀六擲射頻同軸開關(guān)、測(cè)試機(jī)柜、連接系統(tǒng)所需的電纜等組成。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)頻源的多套自動(dòng)測(cè)試有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：自動(dòng)和多套。硬件的設(shè)計(jì)將圍繞這兩個(gè)目標(biāo)展開，詳細(xì)分析如下。

首先構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試的硬件能力。對(duì)于頻譜儀、信號(hào)源與直流電源的控制，采用儀器控制中最常見的GPIB總線[4-5]，其具有低時(shí)延、高可靠的、帶寬適中的特點(diǎn)。因此頻譜儀與直流電源均需具備GPIB接口。對(duì)于產(chǎn)品的控制，采用自主開發(fā)的PCI-96通道數(shù)字IO卡實(shí)現(xiàn)。

其次構(gòu)建多套自動(dòng)測(cè)試的硬件能力。單個(gè)點(diǎn)頻源有六個(gè)射頻通道需要測(cè)試，需要一個(gè)單刀六擲射頻同軸開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試，多套產(chǎn)品則需要構(gòu)建開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多套產(chǎn)品測(cè)試的射頻通道切換。

經(jīng)過(guò)以上分析，系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖

1.2 系統(tǒng)工作原理

完成測(cè)試系統(tǒng)硬件搭建后，首先測(cè)試所有通道的插損：將連接點(diǎn)頻源輸出端口的射頻電纜連接至信號(hào)源，由測(cè)試計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線控制信號(hào)源輸出相應(yīng)的頻率及功率，頻譜分析儀接收信號(hào)后上報(bào)至測(cè)試計(jì)算機(jī)，據(jù)此計(jì)算出各通道插損。由測(cè)試計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線控制多路直流電源給4套點(diǎn)頻源和5個(gè)單刀六擲射頻同軸開關(guān)供電，通過(guò)PCI-96通道數(shù)字IO卡下發(fā)測(cè)試指令控制點(diǎn)頻源依次開始6個(gè)通道參數(shù)測(cè)試，點(diǎn)頻源的射頻信號(hào)進(jìn)入單刀六擲開關(guān)，計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI-96通道數(shù)字IO卡控制開關(guān)通道切換，四個(gè)分開關(guān)的輸出信號(hào)進(jìn)入總開關(guān)后經(jīng)切換通道輸出至頻譜分析儀，頻譜分析儀對(duì)點(diǎn)頻源產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)GPIB總線上報(bào)至測(cè)試計(jì)算機(jī)，由測(cè)試計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定是否合格并生成測(cè)試報(bào)告，完成多套產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件需實(shí)現(xiàn)儀器狀態(tài)設(shè)置、開關(guān)通道切換、時(shí)間軸控制、產(chǎn)品協(xié)議解析、儀器驅(qū)動(dòng)、指標(biāo)測(cè)試、報(bào)表生成等功能，軟件開發(fā)環(huán)境選擇Microsoft Visual Studio 2010，開發(fā)語(yǔ)言選擇C#。C#語(yǔ)言編程簡(jiǎn)潔高效并有可靠的內(nèi)存回收機(jī)制，非常適合進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的開發(fā)。

2.1 軟件模塊設(shè)計(jì)[6]

點(diǎn)頻源自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件采用模塊化的開發(fā)模式，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的系統(tǒng)功能，根據(jù)自動(dòng)測(cè)試要求，系統(tǒng)軟件主要包括硬件驅(qū)動(dòng)模塊[7]、產(chǎn)品參數(shù)配置模塊、多套循環(huán)定時(shí)模塊、產(chǎn)品參數(shù)自動(dòng)測(cè)試模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析處理模塊、報(bào)表生成模塊等功能模塊。

（1）硬件驅(qū)動(dòng)模塊：包括信號(hào)源、頻譜儀、多路直流電源、單刀六擲射頻開關(guān)等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)庫(kù)，通過(guò)GPIB、PCI-96通道數(shù)字IO等總線按照指定的程控協(xié)議對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行初始化、參數(shù)設(shè)置等。

（2）產(chǎn)品參數(shù)配置模塊：對(duì)結(jié)構(gòu)化配置文件XML進(jìn)行節(jié)點(diǎn)解析，配置待測(cè)試產(chǎn)品的信息以及測(cè)試項(xiàng)目，讀取待測(cè)產(chǎn)品課題編號(hào)、待測(cè)通道、待測(cè)參數(shù)指標(biāo)、合格判據(jù)等測(cè)試參數(shù)信息。

（3）多套循環(huán)定時(shí)模塊：點(diǎn)頻源作為某裝備的重要組成部分，需保證在復(fù)雜環(huán)境下產(chǎn)品的可靠性，因此某工序需要連續(xù)進(jìn)行數(shù)十個(gè)小時(shí)高低溫循環(huán)測(cè)試，產(chǎn)品與設(shè)備需要反復(fù)加電、斷電、參數(shù)設(shè)置等。通過(guò)定時(shí)器控件對(duì)加電線程、測(cè)試線程進(jìn)行時(shí)間軸控制，滿足定時(shí)循環(huán)測(cè)試的一鍵式測(cè)試需求。

（4）產(chǎn)品參數(shù)自動(dòng)測(cè)試模塊：按照產(chǎn)品規(guī)范對(duì)點(diǎn)頻源的輸出頻率、輸出功率、雜波抑制、諧波抑制、相位噪聲等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試方法編寫及封裝，完成指標(biāo)測(cè)試及合格判斷。

（5）數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析處理模塊：對(duì)多套產(chǎn)品上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)文監(jiān)聽和解析，按照產(chǎn)品通信協(xié)議進(jìn)行解包，結(jié)果實(shí)時(shí)顯示于采集窗口。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，不合格數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)紅，提醒測(cè)試人員進(jìn)行異常處理。

（6）報(bào)表生成模塊：調(diào)用Microsoft Office Word交互接口，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試項(xiàng)目、產(chǎn)品編號(hào)、測(cè)試地點(diǎn)、溫濕度環(huán)境條件等進(jìn)行記錄并自動(dòng)輸出標(biāo)準(zhǔn)化的Word報(bào)表，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行完整準(zhǔn)確地存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題數(shù)據(jù)可追溯的功能。

2.2 主要函數(shù)說(shuō)明

OpenInstrument()函數(shù)用于對(duì)儀器進(jìn)行初始化設(shè)置，建立測(cè)試計(jì)算機(jī)與信號(hào)源、頻譜儀、多路直流電源、單刀六擲射頻開關(guān)之間的通信鏈路。

PfsTestFrePow()函數(shù)用于控制點(diǎn)頻源的輸出功能通道和工作頻點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)輸出頻率/功率的自動(dòng)測(cè)試。

PfsTestPn()函數(shù)用于相位噪聲的自動(dòng)測(cè)試。

PfsTestCs()函數(shù)用于雜波抑制自動(dòng)測(cè)試。

PfsTestHs()函數(shù)用于諧波抑制自動(dòng)測(cè)試。

SaveResults()函數(shù)用于記錄保存測(cè)試結(jié)果，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化的word測(cè)試報(bào)表。

ChannelSelect()函數(shù)用于選通指定點(diǎn)頻源的指定通道。

LoseTest()函數(shù)用于對(duì)測(cè)試環(huán)境的各個(gè)測(cè)試通道進(jìn)行插損測(cè)試。

TestDisplay( )函數(shù)用于執(zhí)行測(cè)試線程，并將測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)顯示至UI。

GenTime()函數(shù)用于按用戶配置生成測(cè)試時(shí)間軸，通過(guò)計(jì)時(shí)器對(duì)時(shí)間塊進(jìn)行計(jì)算，并定時(shí)觸發(fā)相應(yīng)測(cè)試動(dòng)作。

綜上所述，具體的產(chǎn)品測(cè)試流程如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品測(cè)試流程圖

2.3 用戶界面設(shè)計(jì)

UI(用戶界面)設(shè)計(jì)采取“以用戶為中心”[8]的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，界面設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)主體信息，弱化附加信息；強(qiáng)調(diào)功能至上，弱化設(shè)計(jì)風(fēng)格；簡(jiǎn)潔實(shí)用，符合測(cè)試人員操作習(xí)慣，同時(shí)兼顧了邏輯性和美觀性。界面如圖3所示。

圖3 自動(dòng)測(cè)試程序用戶界面

用戶界面總體分為左右兩大部分，左邊部分主要完成基本信息設(shè)置功能，包括測(cè)試信息填寫、儀器參數(shù)設(shè)置、測(cè)試指標(biāo)項(xiàng)選定、啟動(dòng)按鈕等等；右邊部分主要為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示窗口，包括多套循環(huán)時(shí)間顯示、各指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、插損測(cè)試數(shù)據(jù)顯示等等。此外，每一步操作均有彈窗提示，用戶體驗(yàn)良好，一旦啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)試，整個(gè)測(cè)試過(guò)程無(wú)需其他操作，系統(tǒng)將自主完成測(cè)試、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示等功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證該測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，隨機(jī)選取4套某點(diǎn)頻源進(jìn)行驗(yàn)證。首先采用手動(dòng)方法對(duì)4套產(chǎn)品的所有通道、所有指標(biāo)項(xiàng)進(jìn)行覆蓋性測(cè)試，并記錄結(jié)果；然后利用該多套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)4套產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，并自動(dòng)記錄結(jié)果。反復(fù)進(jìn)行3次上述測(cè)試，取平均值，將手動(dòng)測(cè)試結(jié)果與自動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，其中一套產(chǎn)品的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比如圖4所示。結(jié)果表明自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試結(jié)果基本一致，準(zhǔn)確性好、可靠性高，滿足產(chǎn)品規(guī)范的檢驗(yàn)要求；同時(shí)，實(shí)際測(cè)試的時(shí)間點(diǎn)與時(shí)間軸設(shè)定的測(cè)試時(shí)間點(diǎn)完全相同，滿足多套產(chǎn)品定時(shí)循環(huán)測(cè)試要求，測(cè)試系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

圖4 手動(dòng)測(cè)試與自動(dòng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

4 結(jié)論

本文研究了以GPIB總線和PCI-96通道數(shù)字IO技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建了硬件平臺(tái)，在Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境內(nèi)基于C#語(yǔ)言開發(fā)了系統(tǒng)的測(cè)試軟件，設(shè)計(jì)了“以用戶為中心”的交互界面，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)引頭點(diǎn)頻源自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，之后對(duì)該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，效果良好。該系統(tǒng)目前在我所已經(jīng)成熟運(yùn)用，并且經(jīng)過(guò)了上百套產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間檢驗(yàn)，可靠性高、穩(wěn)定性好。該系統(tǒng)運(yùn)用后解決了點(diǎn)頻源相位噪聲、諧波抑制、雜波抑制等復(fù)雜指標(biāo)的測(cè)試難題，實(shí)現(xiàn)了多套產(chǎn)品的全自動(dòng)測(cè)試，將測(cè)試時(shí)間縮短到了原來(lái)的六分之一，極大地提提升了測(cè)試效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了交付周期。

得益于“搭積木”式的硬件設(shè)計(jì)以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有良好的拓展性，可適應(yīng)更多套產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試。此外，針對(duì)不同型號(hào)的點(diǎn)頻源測(cè)試指標(biāo)和接口，該系統(tǒng)預(yù)留了可配置的軟硬件開發(fā)接口，有良好的可移植性及通用性，能夠有效縮短類似自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)周期。